煤氣化凈化工藝

1、煤氣凈化工藝設(shè)計與優(yōu)化低溫甲醇洗,主要內(nèi)容,研究背景,設(shè)計思路,工藝設(shè)計,結(jié)論與展望,1.研究背景,我國的能源結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：“富煤、貧油、少氣”，能 源供應(yīng)過度依賴煤炭,1.研究背景,煤氣化是現(xiàn)代化工的核心技術(shù)，煤氣化生成合 成氣(主要成份是CO+H2)，是化工生產(chǎn)中的大宗基礎(chǔ)原 料合成甲醇與合成氨的原料氣,空分,煤氣化,尿素,合成氨,甲醇,聚丙烯,聚甲醛,汽油,MTP,甲醛,脲醛樹脂,煤,煤化工產(chǎn)品工業(yè)鏈,1.研究背景,合成氣中向下游轉(zhuǎn)化過程中必須脫除其中雜質(zhì)，否則會危害后續(xù)工藝流程，造成環(huán)境的污染和資源的浪費(fèi)。 低溫甲醇洗凈化技術(shù)的不斷發(fā)展,1.1 煤氣凈化的分類,1.2 煤氣凈化典型工藝比較

2、,表1-2 Rectisol、NHD、MDEA工藝比較,1.2 煤氣凈化典型工藝比較,表1-3 低溫甲醇洗和聚二甲醚乙二醇的比較,1.2 煤氣凈化典型工藝比較,所以本論文針對100噸甲醇生產(chǎn)凈化工段選擇低溫甲醇洗工藝進(jìn)行設(shè)計,從以上兩表分析低溫甲醇洗與NHD、MDEA相比的優(yōu)點(diǎn),1.3 選題目的及意義,煤氣凈化作為合成甲醇、氨等化工原料的重要步驟，這對后續(xù)的工藝路線有重要影響，直接影響產(chǎn)品的產(chǎn)量。 低溫甲醇洗工藝技術(shù)成熟，具有其它吸收方法難以比擬的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于合成氣的凈化，尤其是大型化工裝置上。 現(xiàn)有低溫甲醇洗工藝還存在一定的問題（如甲醇毒性強(qiáng) ，設(shè)備材質(zhì)要求高，保冷要求高，吸收劑回收,

3、1.3 選題目的及意義,要求高），仍然需要進(jìn)一步分析和改進(jìn)，而且發(fā)展?jié)摿艽蟆?本論文針對凈化工段采用林德低溫甲醇洗工藝，以脫除甲醇合成氣中的酸性氣體。對該工藝中的幾個單元過程進(jìn)行了簡單的物料和熱量衡算，對吸收塔的工藝尺寸做了簡單的計算和設(shè)計，以期對低溫甲醇洗工藝過程有更全面、更深入的認(rèn)識，從而為合成氣的凈化提供一定的依據(jù),2.設(shè)計思路,了解工藝流程,提出設(shè)計方法,分析影響因素,提出解決方法,物料衡算,能量衡算,塔設(shè)備計算與選型,完善流程,簡單模擬,確定工藝流程,工藝設(shè)計,確定本設(shè)計的工藝流程。 進(jìn)行工藝過程的設(shè)計計算，包括物料衡算、能量衡算和塔設(shè)備的選型與計算。重點(diǎn)主要是變換氣的脫硫，脫碳。

4、 .變換之后的脫硫、脫碳處理工藝。 .脫硫脫碳后的冷量回收，及富甲醇的再生利用。 繪制工藝流程圖和主要設(shè)備圖,2.1 研究內(nèi)容,2.2 低溫甲醇洗工藝原理,基本原理： 以拉烏爾定律和亨利定律為基礎(chǔ) ； 是一個物理吸收和解吸的過程； 吸收過程中的控制因素是溫度、壓力和濃度； 工藝操作條件為低溫、高壓,2.2 低溫甲醇洗工藝原理,低溫狀態(tài)下的甲醇對H2S和CO2等酸性氣體的選擇性吸收，來脫除粗變換氣中的酸性氣體。吸收后的甲醇經(jīng)過減壓加熱再生，分別釋放CO2、 H2S氣體，即物理解析過程。 富甲醇通過用再沸器中產(chǎn)生的蒸氣進(jìn)行閃蒸和汽提再生。 甲醇水分離塔保持甲醇循環(huán)中的水平衡。 尾氣洗滌塔使隨尾氣的

5、甲醇損耗降低到最大限度。 酸性氣體通到克勞斯氣體裝置進(jìn)行進(jìn)一步凈化,2.3 低溫甲醇洗工藝流程,低溫甲醇洗工藝一般具有三個任務(wù): 凈化原料氣 回收副產(chǎn)品 進(jìn)行環(huán)保,工藝流程,在以煤為原料，氣化工藝采用冷激流 一步法： 程時，同時脫除變換氣中二氧化碳、 硫化物和氫氰酸等雜質(zhì),原料氣氣化工藝采用廢鍋流程時，先 在CO變換前用了吸收了二氧化碳的 兩步法： 低溫甲醇脫除原料氣中硫化物、氫氰 酸等雜質(zhì)，然后在變化后用低溫甲醇 貧液脫除變換氣中CO2,2.3 低溫甲醇洗工藝流程,2.3 低溫甲醇洗工藝流程,2.3 低溫甲醇洗工藝流程,V1-原料氣氣液分離器 C1-甲醇洗滌塔 C2-CO2解析塔 C3-H2

6、S濃縮塔 C4-甲醇熱再生塔 C5-甲醇/水分離塔 V2-氣液分離塔 圖2-3 低溫甲醇洗凈化工藝流程示意圖,3.工藝設(shè)計,3.1 低溫甲醇洗的主要產(chǎn)品流為： 變換氣：CO2濃度32.1%，CO濃度19.02%，H2S濃度0.23%，H2濃度46.02%。 甲醇合成氣：CO2濃度1.83.0%（mol），總硫0.1ppm(mol)。 放空尾氣：幾乎無硫，主要為CO2和N2。 酸性氣體：主要由CO2和H2S組成。 甲醇水分離塔排放廢水組成：甲醇含量0.5%（wt,3.2 工藝流程的設(shè)計,3.3 物料衡算,氣液分離器,相平衡 yi=kixi(i=1，2，c) 組分物料平衡 Fzi=Vyi+Lxi(

7、i=1，2，c-1) 整體物料平衡方程 F=V+L 熱量平衡 HFF=HVV+HLL 摩爾分?jǐn)?shù)的約束方程 zi=1 ，xi=1 ,yi=1,3.3 物料衡算,氣液分離器,表3-2 進(jìn)氣液分離器原料氣組分表,表3-1 變換氣組分表,3.3 物料衡算,表3-3 氣液分離器塔頂產(chǎn)物組分表,表3-4 氣液分離器塔底產(chǎn)物組分表,對整個單元過程進(jìn)行物料衡算 F=FEED=19864.61 Kmol/h D=LIQUID+VAPOR=365.9062+19483.21=19864.61 kmol/h,氣液分離器,3.3 物料衡算,酸性氣體吸收塔,3.3 物料衡算,酸性氣體吸收塔 對單位時間內(nèi)進(jìn)出吸收塔的A物

8、質(zhì)量作衡算，可寫出下式： VY1 +LX2 =VY2+LX1 為計算方便，把COS并入H2S中考慮；并把混合氣中所含的非主要組分（如微量的Ar、N2、CH4、CO等）并入H2中一道考慮,表3-5綜合考慮后組分組成表,3.3 物料衡算,酸性氣體吸收塔 表3-6綜合考慮后C1塔進(jìn)出物料平衡表,3.3 物料衡算,二氧化碳解析塔,圖3-4 二氧化碳解析塔流程圖,物料衡算,二氧化塔解析塔 表3-7 二氧化碳解析塔的進(jìn)出口物流數(shù)據(jù),3.4 能量衡算,熱量恒算遵循以下公式：Q+W=Hin-Hout 氣液分離器 表3-8 氣液分離器熱量衡算表,3.4 能量衡算,酸性氣體吸收塔 表3-9 吸收塔熱量衡算,能量衡

9、算,二氧化碳解析塔 表3-10 CO2解吸塔熱量衡算表,3.5 吸收塔的設(shè)計計算,設(shè)計項目,3.5 吸收塔的設(shè)計,表3-11 吸收塔設(shè)備計算結(jié)果簡表,3.5 吸收塔的設(shè)計,3.6 酸性氣體吸收塔的模擬,圖3-5 酸性氣體吸收塔流程模擬圖,酸性氣體吸收塔,酸性氣體吸收塔模擬結(jié)果,3.7 二氧化碳解析塔流程模擬圖,二氧化碳解析塔,圖3-6 二氧化塔吸收塔模擬流程圖,3.8 硫化氫濃縮塔流程模擬圖,硫化氫濃縮塔,圖3-7 硫化氫濃縮塔流程模擬圖,3.9 甲醇再生塔的模擬流程圖,圖3-8 甲醇再生塔的模擬流程圖,3.10 甲醇水分離塔的模擬流程圖,圖3-9 甲醇水分離塔的模擬流程圖,3.11 全流程工

10、藝流程模擬圖,3-10 全流程工藝流程模擬圖,3.12 帶控制點(diǎn)的低溫甲醇洗工藝流程圖,4 、結(jié)論與展望,4.1 結(jié)論 本設(shè)計凈化工段選用低溫甲醇洗工藝（林德），來脫除甲醇合成中的酸性氣體，經(jīng)分析，相對其他凈化方法而言，低溫甲醇洗具有吸收好，凈化度高，能耗較低，操作費(fèi)用也較低等優(yōu)點(diǎn)。 本論文針對年產(chǎn)100萬噸甲醇生產(chǎn)過程中合成氣凈化進(jìn)行設(shè)計，在初步確定工藝流程后，進(jìn)行工藝設(shè)計：對低溫甲醇洗工段的氣液分離器，吸收塔，解吸塔等做了計算，并在此計算基礎(chǔ)上做了帶控制點(diǎn)的工藝流程圖，主要設(shè)備圖，以及各塔和全塔的簡單流程模擬圖，得到要求的凈化產(chǎn)品。 由于低溫甲醇洗工藝含多流股的循環(huán)，該工藝仍在調(diào)優(yōu)中，同時對一些個別因素的影響未予考慮，致使設(shè)計不很完善，